3D tištěné kostky polymeru plus jedna homogenní kostka. Kredit: Jeff Fitlow/Rice University.

Na počátku výzkumu tohoto podivuhodného materiálu byly vysněné teoretické tubulany. Ty se vynořily v představách materiálových vědců v roce 1993, jako složité struktury z propletených uhlíkových nanotrubiček. Podle výpočtů měly být tubulany mimořádně pevné, ale jejich struktura byla tak komplikovaná, že vědci nedokázali vyvinout praktickou metodu jejich výroby. Až doteď.

Tak jako v řadě podobných případů, zásadní zvrat přinesl rozmach 3D tisku. Právě díky němu materiáloví vědci nakonec tubulanům vdechli život. Z teoretického materiálu se stala velice reálná záležitost. Seyed Mohammad Sajadi z americké Rice University a jeho spolupracovníci vytvořili 3D tištěné kostky polymeru ve složitě uspořádaných vrstvách. I když tyhle kostky na pohled plné děr, tak jsou ve skutečnosti skoro tak tvrdé jako diamant a zastavují vystřelené kulky jako nic.

Seyed Mohammad Sajadi. Kredit: Jeff Fitlow/Rice University.

Jak říká Sajadi, v současnosti známe celou řadu skvělých teoretických materiálů, které zatím lidé ve skutečném světě nedokázali syntetizovat. S pomocí 3D tisku je to teď možné změnit, alespoň u některých teoretických systémů. Badatelé Rice University vzali teorii o tubulanech, nakrmili s ní počítačové simulace materiálů a jejich výsledky pak vytiskli na 3D tiskárně.

Vytvořené 3D tištěné polymerové kostky následně důkladně otestovali, společně s kostkami ze stejného polymeru v podobě homogenní hmoty. Stříleli do nich kulky o rychlosti 5,8 kilometru za sekundu. 3D tištěné kostky s vrstevnatou strukturou odolávaly těmto střelám 10 krát účinněji nežli homogenní kostky polymeru. Zastavily kulky již ve druhé vrstvě od povrchu kostky, zatímco v homogenní kostce se po zásahu kulkou šířily trhliny napříč celou kostkou. Stejně dobře si 3D tištěné kostky polymeru vedly při testech se stlačováním.

Rice University, logo.

Sajadi zdůrazňuje, že velikost tubulany inspirovaných struktur je v současné době omezená prakticky jenom velikostí tištěného objektu na příslušné 3D tiskárně. Stejně tak podle něj nemusí jít jen o objekty z polymeru. Rozmanité uplatnění by si mohly nalézt verze takového materiálu z kovu nebo třeba keramiky. Sajadiho tým teď pracuje na dalších vylepšeních designu materiálu a jeho využití, například ve stavebnictví, letectví a kosmických technologiích anebo v ropném průmyslu. 

Video:  Theoretical tubulanes inspire ultra hard polymers

Literatura
Rice University 13. 11. 2019, Small online 11. 11. 2019.